隧道鉆爆施工技術(shù)

隧道鉆爆施工技術(shù)一、工程簡況：長灘隧道位于彭武高速公路長灘鄉(xiāng)境內(nèi)C6標(biāo)段，采用上下行分離的獨(dú)立雙洞形式，隧洞軸線間距11.3～23.0m，起止樁號:左線ZK18+365～ZK21+580，全長3215米，本合同段為(ZK18+365～ZK20+000)長1635m,右線K18+364～K21+640全長3276m,本合同段為(K18+364～K20+000)長1636m;隧道凈寬10.50米,凈高5.0米。工程地質(zhì)構(gòu)造：洞口表層為強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r及薄層覆蓋土，表層以下為裂隙發(fā)育,較破碎的強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化灰?guī)r,小型溶洞分布較多,洞身以奧陶系下統(tǒng)灰?guī)r、頁巖為主，中厚層狀、薄層狀。巖質(zhì)致密堅(jiān)硬，完整性較好。隧道Ⅴ級圍巖長203米，占12.4%,Ⅳ級圍巖長209米，占12.5%,Ⅲ級圍巖長787.5米，占48.2%,Ⅱ級圍巖長435.5米,占26.9%。二、鉆爆設(shè)計(jì)鉆爆法是隧道開挖施工中最常用的方法，認(rèn)真進(jìn)行鉆爆設(shè)計(jì)和控制，采用光面爆破、預(yù)裂爆破技術(shù)，使開挖輪廓線符合設(shè)計(jì)要求，超欠挖量少，減少對圍巖的擾動和破壞，有利于工程順利進(jìn)行。鉆爆設(shè)計(jì)根據(jù)工程地質(zhì)條件、開挖斷面、開挖方法、掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺、鉆眼機(jī)具、爆破材料和出渣能力等因素綜合考慮，其設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括：炮眼（掏槽眼、輔助眼、周邊眼）的布設(shè)、數(shù)目、深度和角度；裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)；起爆方法和爆破順序等。1、設(shè)計(jì)條件綜合考慮了本工程預(yù)定工期、進(jìn)場設(shè)備、現(xiàn)場地質(zhì)情況、施工條件及當(dāng)?shù)鼗鸸げ牧瞎?yīng)等情況后，確定以下設(shè)計(jì)條件：Ⅳ、Ⅴ級圍巖采用上下臺階開挖預(yù)裂爆破法，開挖斷面積S上=50m2,S下=20m2,Ⅴ級臺階長5米、掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺L=1米，Ⅳ級臺階長10米、掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺L=1.5米，Ⅱ、Ⅲ級圍巖采用全斷面開挖光面爆破法，開挖全斷面積S全=80m2,掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺L=3.5米。鉆機(jī)采用風(fēng)動鑿巖機(jī)，鉆頭直徑dk有38mm～60mm等。由于裝運(yùn)機(jī)械車輛足，運(yùn)距短，開挖出渣能力強(qiáng)。2、炸藥品種選擇根據(jù)本工程巖石抗爆性、當(dāng)?shù)乜晒┱ㄋ幤贩N性能和價格，選用以下炸藥：表-1炸藥名稱直徑d藥（mm）長度l（mm）密度ρ（g/cm3）猛度（mm）爆力（ml）適用范圍2號巖石硝銨炸藥351651.0512320大孔徑光爆2號巖石硝銨小藥卷卷252001.0512320周邊光爆2號巖石硝銨小藥卷卷202500.9512320周邊光爆1號抗水巖石硝銨炸炸藥251650.9612320有水周邊光爆RJ-2乳化炸藥藥322001.2012340有水大孔徑光爆3、炸藥用量計(jì)算影響炸藥消耗量的因素主要有：巖石堅(jiān)硬程度和巖層的構(gòu)造；炸藥的威力；坑道斷面積及臨空面數(shù)量等，按照達(dá)到預(yù)定爆破效果的條件下，其爆炸功與巖石阻抗匹配的原則計(jì)算確定。隧道爆破中，每循環(huán)爆破的總裝藥量Q=K×L×S，K為爆破單位體積巖石的炸藥平均消耗量，即炸藥單耗量（kg/m3）；L為爆破掘進(jìn)進(jìn)尺數(shù)（m）；S為開挖斷面積（m2）；K值主要受巖石抗爆性、斷面進(jìn)尺比S/L、臨空面數(shù)目、炮眼布置形式、掏槽效果等因素影響。一般巖石的完整性系數(shù)f值越大，K越大；斷面進(jìn)尺比S/L越大，K越小；臨空面越多，K越??；炮眼布置不好，K越大；隧道爆破實(shí)際一般采用K=0.7~2.5kg/m3。以Ⅱ、Ⅲ級圍巖地段全斷面開挖光面爆破進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，取K=1.35kg/m3，本工程Ⅱ、Ⅲ級圍巖開挖每循環(huán)的總裝藥量Q=1.35×3.5×80=378kg。4、爆破參數(shù)選用根據(jù)《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ042-94）推薦的下列參數(shù)表選用爆破各參數(shù)并在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)爆破效果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。選用的原則是對于掏槽眼、輔助眼應(yīng)采用較小的裝藥不偶合系數(shù)D，以提高爆破效率，對周邊眼則采用較大值以減少對圍巖的擾動破壞。當(dāng)斷面較小或圍巖軟弱、破碎或在曲折線處周邊眼間距E應(yīng)取較小值，為保證周邊眼孔間貫通裂縫優(yōu)先形成，須使周邊眼的最小抵抗線V大于炮眼間距E，E/V應(yīng)取較小值。光面爆破諸參數(shù)表-2參數(shù)巖石種類飽和單軸抗壓極限限強(qiáng)度Rb(Mpa)裝藥不偶合系數(shù)D周邊眼間距E（cm）周邊眼最小抵抗線線V（cm）相對距E/V周邊眼裝藥集中度度q（kg/m）硬巖＞601.25~1.55055~7070~850.8~1.00.30~0.335中硬巖30~601.50~2.00045~6060~750.8~1.00.20~0.330軟巖≤302.00~2.55030~5040~600.5~0.80.07~0.115預(yù)裂爆破諸參數(shù)表-3參數(shù)巖石種類飽和單軸抗壓極限限強(qiáng)度Rb(Mpa)裝藥不偶合系數(shù)D周邊眼間距E（cm）周邊眼至內(nèi)圈崩落落眼間距（cm）周邊眼裝藥集中度度q（kg/m）硬巖＞601.2~1.340~50400.35~0.440中硬巖30~601.3~1.440~45400.25~0.335軟巖≤301.4~2.0030~40300.09~0.119對Ⅱ、Ⅲ級圍巖地段全斷面開挖光面爆破進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)試驗(yàn)所得圍巖石飽和單軸抗壓極限強(qiáng)度Rb=75Mpa，為硬巖。選用參數(shù)如下：掏槽眼、輔助眼的裝藥不偶合系數(shù)D=1.3；周邊眼D=2.0，E=63cm，E/V=0.8，V=79cm；5、炮眼直徑d炮掏槽眼、輔助眼選用藥卷直徑d藥=35mm，密度ρ=1.05g/cm3的2號巖石硝銨炸藥；根據(jù)D=d炮/d藥，則掏槽眼、輔助眼炮眼直徑d炮=46mm；周邊眼選用小藥卷直徑d藥=25mm，密度ρ=0.95g/cm3的2號巖石硝銨炸藥；則周邊眼炮眼直徑d炮=50mm。6、炮眼數(shù)目N的確定和布置施工中根據(jù)各炮眼平均分配炸藥量的原則計(jì)數(shù)炮眼數(shù)目N=n1+n2+n3：其中n1、n2、n3分別為掏槽眼、輔助眼、周邊眼的數(shù)量；總裝藥量Q=nqn，其中qn為各部炮眼單孔平均裝藥量=α×β×L，α為各部炮眼的裝藥系數(shù)，指藥卷總長度與炮眼長度比，對于Ⅱ、Ⅲ級圍巖掏槽眼α=0.60，輔助眼α=0.50，周邊眼α=0.55；β為藥卷單位長度質(zhì)量值=藥卷截面積S藥×藥卷密度ρ，kg/m；⑴首先確定周邊眼的數(shù)量n3，由于周邊眼應(yīng)沿設(shè)計(jì)開挖輪廓線布置，根據(jù)輪廓線長35.25米和周邊眼間距E=63cm，n3=35.25/0.63≈56個；眼深與進(jìn)尺同為3.5m，直眼鉆孔。⑵確定掏槽眼的數(shù)量n1和布置，掏槽眼的作用是將開挖面中央稍靠下部位先掏出一個小型槽口，以形成新的臨空面，為后爆的輔助炮開創(chuàng)更有利的臨空面，達(dá)到提高爆破效率的作用，為保證能有效地將石渣拋出槽口，槽口尺寸一般在1.0～2.5m2左右，本工程采用1.1×1.1m2常將掏槽眼比設(shè)計(jì)掘進(jìn)尺加深10~20cm，本工程加深10cm，采用直眼掏槽，槽口中部設(shè)雙空孔式大直徑空眼，相當(dāng)于給裝藥掏槽眼提供了臨空面。根據(jù)以往實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，各掏槽眼間距20~25cm，梅花間隔均勻布置，可布置n1=20個，孔深3.6m。⑶確定內(nèi)圈輔助眼的數(shù)量和布置輔助眼的作用是進(jìn)一步擴(kuò)大槽口體積和爆破量，并逐步接近開挖段面形狀，為周邊眼創(chuàng)造有利的爆破條件。根據(jù)總裝藥量Q=n1q1+n2q2+n2q2掏槽眼q1=α×β×L=0.6×1.01×3.6=2.18kg/m，n1=20；周邊眼q3=α×β×L=0.55×0.466×3.5=0.90kg/m，n3=55；輔助眼q2=α×β×L=0.50×1.01×3.5=1.77kg/m，于是可算得輔助眼數(shù)n2=153，孔深3.5m，直眼鉆孔。其布置原則可參照周邊眼的布置原則進(jìn)行，只是抵抗線V，眼間距E及單孔裝藥量q值較大些，取E/V=0.7，E=70cm，V=100cm，炮眼交錯均勻地布置在周邊眼與掏槽眼之間。本工程Ⅱ、Ⅲ級圍巖每循環(huán)斷面炮眼數(shù)目N=228個。布置如下圖：周邊眼輔助眼掏槽眼圖1炮眼布置示意圖7、起爆系統(tǒng)根據(jù)施工現(xiàn)場情況復(fù)雜的特點(diǎn)，起爆材料采用塑料導(dǎo)爆管與非電毫秒雷管配合使用，它具有抗電、抗火、抗沖擊性能好、起爆傳爆性能穩(wěn)定、彎曲性好、運(yùn)輸使用過程抗破壞能力強(qiáng)、使用方便、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)。本隧道鉆爆開挖中的起爆系統(tǒng)：導(dǎo)火索—火雷管—導(dǎo)爆索—塑料導(dǎo)爆管—非電雷管—藥包。導(dǎo)火索是用來傳遞給火雷管，并使火雷管爆炸的傳爆材料之一，導(dǎo)火索具有一定防潮耐水能力?；鹄坠苁軐?dǎo)火索火花作用發(fā)生爆炸，火雷管受撞擊，摩擦作用時能引起爆炸，在使用及運(yùn)輸時要特別注意塑料導(dǎo)爆管是用來傳遞微弱給非電雷管，使之爆炸的傳爆材料之一，是在聚乙烯塑料管的內(nèi)壁涂有一層高能炸藥，管壁上的高能炸藥在沖擊波作用下，可以沿著管道方向連續(xù)穩(wěn)定爆轟，從而將爆轟傳播到非電雷管使雷管起爆。非電毫秒雷管常用的段別有1-20段，主要作用是能夠保證炸藥在不同的時段起爆。導(dǎo)爆索是以單質(zhì)猛烈炸藥黑金或太銨作為索芯的傳爆材料，它經(jīng)雷管起爆后，可以把炮轟直接傳炸藥起爆，主要適用周邊眼的爆破。圖2起爆系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖（數(shù)字為毫秒雷管段別）A—導(dǎo)火索B—火雷管C—塑料導(dǎo)爆管D—非電雷管E—塑料導(dǎo)爆管F—導(dǎo)爆索8、裝藥結(jié)構(gòu)裝藥結(jié)構(gòu)是指繼爆藥卷和起爆藥卷在炮眼中的布置形式。按起爆藥卷在炮眼中的位置和其中雷管的聚能穴方向可分正向裝藥和反向裝藥；按其連續(xù)性則可分為連續(xù)裝藥和間隔裝藥。如下圖：圖3裝藥結(jié)構(gòu)A-正向連續(xù)裝藥B-反向連續(xù)裝藥1—塑料導(dǎo)爆管2—炮泥3—炸藥4—非電毫秒雷管反向裝藥結(jié)構(gòu)能提高炮眼利用率，減少瞎炮率，減少石渣塊度，便于裝渣運(yùn)輸，增強(qiáng)拋擲能力和降低炸藥消耗量，炮眼越深時，反向裝藥結(jié)構(gòu)的爆破效果越好。所以本隧道全斷面光爆炮眼采用反向裝藥結(jié)構(gòu)。由于掏槽眼和輔助眼單孔用藥量大，采用大直徑連續(xù)裝藥形式；而周邊眼單孔用藥量小，采用小藥卷間隔裝藥，如圖：圖4周邊眼的小藥卷間隔裝藥A—導(dǎo)爆索B—炮泥C--藥包9、起爆順序及時差除預(yù)裂爆破的周邊眼是最先起爆外，在同一斷面上起爆順序是由內(nèi)向外逐層起爆的，用毫秒雷管的不同延發(fā)時間（段別）來實(shí)現(xiàn)，各層（卷）炮間的起爆時差越小，爆破效果越好，而同圈炮必須同時起爆，尤其是掏槽眼和周邊眼，我們采用間隔差為50-100ms。起爆順序：掏槽眼--擴(kuò)槽眼--內(nèi)圈眼--底板眼--周邊眼。三、鉆爆作業(yè)控制1、作業(yè)人員為了順利優(yōu)質(zhì)高效地完成好本隧道，項(xiàng)目部挑選了施工經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)隧道施工班組，對所有參與鉆爆作業(yè)人員都根據(jù)鉆爆設(shè)計(jì)書和施工圖紙進(jìn)行了崗前培訓(xùn)和詳細(xì)的施工質(zhì)量、安全技術(shù)交底，所有鉆爆人員均持證上崗，并每季度組織現(xiàn)場能力考核，施工過程有技術(shù)人員全過程跟蹤檢查，保證了人員的素質(zhì)、能力和工作質(zhì)量。2、鉆眼質(zhì)量控制鉆爆作業(yè)必須按設(shè)計(jì)進(jìn)行鉆眼、裝藥、接線和引爆。鉆眼前首先確定開挖斷面中線、水平線和輪廓線，標(biāo)出炮眼位置，經(jīng)檢查合格后用風(fēng)鉆打眼，精度要有如下要求：⑴掏槽眼深度誤差+0.5%設(shè)計(jì)炮孔深度，其他鉆孔深度誤差+1.0%設(shè)計(jì)炮眼深度。⑵周邊眼間距誤差不大于5cm，外斜率不大于5cm/m，眼底不超過輪廓線10cm；掏槽眼眼口和眼底間距誤差均不大于5cm；輔助眼眼口排距、行距誤差不大于5cm；內(nèi)圈眼到周邊眼的排距誤差不大于5cm。⑶當(dāng)開挖面凹凸較大時，應(yīng)將孔位置敲平以免開鉆時跑鉆增大誤差。還應(yīng)根據(jù)實(shí)際調(diào)整炮眼深和藥量，確保除掏槽眼外所有眼底在同一垂直面上。鉆眼后應(yīng)檢查并做好記錄，不符合要重鉆，合格后裝藥。3、裝藥前應(yīng)將炮眼泥漿、石屑吹洗干凈，及時封堵炮眼。4、開挖過程應(yīng)監(jiān)控爆破擾動深度及震動對周圍結(jié)構(gòu)物的影響，爆破后應(yīng)檢查開挖斷面表面情況，如效果不好，應(yīng)查明原因及時對設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整。5、鉆爆機(jī)械設(shè)備應(yīng)有專人保管，定期進(jìn)行檢查維修保養(yǎng)，操作人員應(yīng)熟悉設(shè)備性能，持證操作，現(xiàn)場備足機(jī)械設(shè)備以免出現(xiàn)停工或超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)情況。6、爆破器材嚴(yán)格按火工材料管理規(guī)定由有資格的專業(yè)人員進(jìn)行保管、運(yùn)輸和使用，爆破作業(yè)時劃警戒線